Разработка и исследование автоматизированной системы с активной компенсацией инерции газа в несущей прослойке

• Автор: Щербаков, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Введение.
1. О ПЕРСПЕКТИВАХ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ УСТРОЙСТВ С НЕСУЩЕЙ ГАЗОВОЙ ПРОСЛОЙКОЙ.
1.1. Анализ конструкций существующих устройств с несущей газовой прослойкой, как объектов автоматизированного управления.
1.2. Анализ существующего математического описания гидрогазодинамических процессов, протекающих в несущей газовой прослойке, как основ разработки алгоритма автоматизированного управления удерживающих и транспортирующих устройств повышенной эффективности

1.3. Об исключении влияния инерции газа в несущих прослойках

1.4. Цели и задачи

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБЪЕКТА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЕ СОПЛО ДИСКРЕТНО ЗАПИТЫВАЕМАЯ НЕСУЩАЯ ПРОСЛОЙКА ТВЕРДОЕ ТЕЛО.

2.1. Основные гипотезы и допущения

2.2. Математические преобразования исходных уравнений и их результаты

2.3. Экспериментальное моделирование объекта цилиндрическое сопло дискретно запитываемая несущая прослойка твердое тело

2.4. Анализ полученных результатов

2.5. Оптимизация выбора частоты дискретности запитывания несущей прослойки.
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ГИДРОГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В НЕСУЩЕЙ ГАЗОВОЙ ПРОСЛОЙКЕ ПРИ УДЕРЖАНИИ И ТРАНСПОРТИРОВАНИИ НЕТВЕРДОГО ПИЩЕВОГО
ПОЛУФАБРИКАТА.
3.1. Основные гипотезы и допущения
3.2. Математические преобразования и их результаты
3.3. Экспериментальное моделирование гидрогазодинамических процессов, протекающих в несущих и транспортирующих системах с дискретно запитываемой газовой прослойкой.
3.4. Анализ полученных результатов
3.5. Некоторые рекомендации к практическому применению модели
4. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ С АКТИВНОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ ИНЕРЦИИ ГАЗА В ТОНКОЙ НЕСУЩЕЙ ПРОС ЛОЙКЕ
4.1. Алгоритм управления
4.2. Техническая реализация результатов исследований
4.3. Программное обеспечение
4.4. Промышленные испытания системы автоматического управления
работой устройств с дискретно запитываемой несущей прослойкой
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ.
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г
Приложение Д
Приложение Е
Приложение Ж.
Приложение 3
Приложение И
Приложение К
Приложение Л
Приложением.
Введение
В ряде отраслей химических и пищевых производств возникает необходимость в исключении контакта обрабатываемых изделий с рабочими поверхностями технологического оборудования. Часто это вызвано особенностями реологии обрабатываемого объекта повышенной
адгезионной способностью, агрессивным характером химических или физикохимических взаимодействий и т.д. Зачастую данные обрабатываемые объекты легкодеформируемы и классифицируются как вязкопластичные или вязкоупругопластичные массы.
На сегодняшний день единственным способом устранения контакта с изделием в процессе его производства является создание под его опорной поверхностью несущей газовой прослойки, образующейся за счет струйного истечения газообразной среды через выпускные отверстия сопел рабочих поверхностей пневмоустановок. При этом с одной стороны, потоки газа создают отталкивающие усилия, с другой притягивающие, связанные с особенностями динамики газа в ограниченных зазорах. Возникновение притягивающих усилий в несущей прослойке обусловлено возникновением зон отрицательного избыточного давления газа, само же явление получило название эффекта пневмозахвата. На указанном эффекте основан принцип действия целого спектра устройств, успешно работающих в случае, если обрабатываемые изделия жесткие и имеют развитую поверхность фиксации.
При удержании и транспортировании легкодеформируемых обрабатываемых изделий высока вероятность возникновения их контакта с рабочими поверхностями устройств с несущей газовой прослойкой.
В области гидрогазодинамики течений в ограниченном слое работали Л. Прандтль, Бай Шии, В. Константинеску, Г. Райхардт. В нашей стране научное направление успешно развивали и продолжают исследования К.С. Ахвердисв, А.К. Никитин, С.В. Пинегин и др. Вопросам практического применения устройств с тонкой воздушной прослойкой посвящены работы
Маховера Ю.М., Резника В.Ю., а также сотрудников лаборатории механики сплошных сред Воронежской государственной технологической академии.
Анализ данных, приведенных в ряде известных печатных работ, показывает, что для повышения эффективности работы удерживающих и транспортирующих устройств с несущей газовой прослойкой необходимо жестко соблюдать газодинамические параметры с целью исключения возникновения названного эффекта. Предлагаемые ранее меры по повышению эффективности работы устройств с несущей газовой прослойкой не нашли применения в связи со сложностью технической реализации и, как следствие, невысокой рентабельностью при использовании в производстве.
Актуальность


Воздушная прослойка создает предпосылки использования пневматических измерительных устройств, которые отличаются низкой стоимостью по сравнению с электрическими и значительно меньшим сроком окупаемости 1, , , . Наладка и запуск в работу пневматических устройств требуют в 4 6 раз меньших затрат времени. ОИ с рабочими поверхностями оборудования 5, , , . В связи с вышесказанным необходимо провести анализ соответствующих работ в следующих областях применение существующих устройств с несущей газовой прослойкой в автоматизированных системах обработки изделий, существующих способов исключения влияния пневмозахвата при работе таких устройств, математическое описание существующих устройств с несущей газовой прослойкой, как объектов управления. Несмотря на разнообразие конструкций устройств с несущей газовой прослойкой УНГП, все они имеют примерно одинаковую принципиальную схему , , , . Основные части таких устройств пневматическая питающая камера 1 рисунок 1. Для придания изделию 4 в процессе транспортирования поперечной устойчивости, а также ориентирования его в направлении движения предусматриваются специальные устройства 2, представляющее собой механические ограждения типа направляющих планок. Пневматическая питающая камера 1, как правило, имеет коробчатую конструкцию. Ее верхняя крышка одновременно выполняет роль несущей поверхности. Питающие элементы 3 запитываются сжатым воздухом одновременно и сообщаются между собой посредством пневматической камеры. Роль питающих элементов в различных конструкциях конвейеров могут выполнять сквозные питающие отверстия щелевые, типа жалюзи , , круговые 1, , различные типы клапанов , и т. Питающие элементы размещаются на несущей поверхности в несколько параллельных рядов, наиболее часто располагающихся или в шахматном порядке или в виде одного центрального ряда вдоль осевой линии несущей поверхности ,,. Рисунок 1. Несмотря на явные различия в способах удержания изделия на воздушной прослойке, их объединяет, с одной сгороны, собственно наличие воздушной прослойки и пленочное течение воздуха в ней, с другой стороны, равенство или вполне определенное, заранее заданное соотношение сил тяжести, и действующих на ОИ давления воздуха и трения со стороны прослойки. Поэтому параметрам и характеристикам движения ОИ, а также устройствам и системам подачи воздуха однозначно соответствуют параметры воздуха как в системе питания, так и непосредственно в самой прослойке. Это создало предпосылки разработки разнообразных по функциональному назначению механизированных систем с несущей газовой прослойкой. Выброженное тесто подается в воронку тсстоделителя 1, который является по сути дозатором, работающим по объемному принципу. Из делителя тестовые заготовки ТЗ попадают на приемный участок пневмотранспортера 2 со специальным профилем. Далее ТЗ подаются в пневможелоб промежуточной платформы ротора устройства для бесконтактной сортировки 3. Последнее настраивается так, что кондиционные ТЗ попадают на несущую поверхность пневмотранспортера 4, которым подаются в тестоокруглитсль 5, а брак сбрасывается в специальный бункер. При наличии теста в бункере включается электродвигатель привода шнека, перемещающего тесто обратно в воронку тестоделителя 1. Наблюдения за показаниями величины массы ТЗ можно вести по индикатору устройства 3, которое также функционально связано с установленным на тестоделителе исполнительным устройством реверсивный мотор редуктором, позволяющим автоматически регулировать величину развеса заготовок в зависимости от текущего значения их массы ,, . Рисунок. Конструкция пневмотранспортера предусматривает плавный безударный
режим загрузки ТЗ. В условиях реального производства часто приходится сталкиваться с невозможностью соблюдения такого режима. При этом в месте загрузки возникает опасность налипания ТЗ на несущие поверхности пневмоустановок в результате ударных нагрузок. А, оснащенную лопастями коническую поверхность Б, грузовой желоб с выходными отверстиями и кулачок, обеспечивающий гравитационную самоустановку платформы ротора . Рисунок 1.